礦井瓦斯與礦塵防治技術課件第1章

1、能源與安全學院能源與安全學院 2011-4-5礦井瓦斯與礦塵防治技術礦井瓦斯與礦塵防治技術第一部分：礦井瓦斯防治技術第一部分：礦井瓦斯防治技術第二部分：礦塵防治技術第二部分：礦塵防治技術本課程參考書：本課程參考書：v瓦斯地質學瓦斯地質學- - 張子敏，中國礦業(yè)大學出版社v瓦斯災害防治技術瓦斯災害防治技術- -中國煤炭工業(yè)勞動保護科學技術學會組織編著v礦井粉塵防治技術礦井粉塵防治技術- -中國煤炭工業(yè)勞動保護科學技術學會組織編著v粉塵防治理論及技術粉塵防治理論及技術- -楊勝強 中國礦業(yè)大學出版社v煤礦安全規(guī)程煤礦安全規(guī)程- -煤炭工業(yè)出版社第一章：煤層瓦斯賦存與含量第一章：煤層瓦斯賦存與含量模

2、塊一：瓦斯地質基礎模塊一：瓦斯地質基礎模塊二：瓦斯壓力和瓦斯含量測模塊二：瓦斯壓力和瓦斯含量測定定第一部分第一部分礦井瓦斯防治技術礦井瓦斯防治技術模塊一：瓦斯地質基礎模塊一：瓦斯地質基礎1 1、礦井瓦斯及成因、礦井瓦斯及成因1.1 礦井瓦斯礦井瓦斯“瓦斯瓦斯”音譯自日文音譯自日文“（瓦斯）（瓦斯）”廣義廣義： 井下涌向采礦空間的各種有毒、有害氣體的總稱。井下涌向采礦空間的各種有毒、有害氣體的總稱。狹義狹義：煤礦生產過程中從煤、巖內涌出的，以甲烷為主要煤礦生產過程中從煤、巖內涌出的，以甲烷為主要成份的混合氣體總稱。成份的混合氣體總稱。如何理解？如何理解？、瓦斯成分復雜瓦斯成分復雜（ch4、co2

3、 、n2、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、h2、co、so2、h2s）、一定深度后，主要成分為甲烷一定深度后，主要成分為甲烷煤礦術語中的瓦斯，通常是指煤礦術語中的瓦斯，通常是指甲烷。甲烷。瓦斯來源？瓦斯來源？p放射性元素蛻變過程生成（放射性元素蛻變過程生成（rnrn、hehe等）等）1.1 礦井瓦斯礦井瓦斯礦井瓦斯來源礦井瓦斯來源煤（巖）層和地煤（巖）層和地下水釋放出來的下水釋放出來的化學及生物化化學及生物化學作用產生的學作用產生的煤炭生產過煤炭生產過程中產生的程中產生的（co2、h2s、so2）（co2、no2、h2）p 1.1.1 礦井瓦斯來源礦井瓦斯來源1.1 礦井瓦斯礦井

4、瓦斯危害：危害：1.可造成瓦斯窒息事故可造成瓦斯窒息事故(43%呼吸短促，呼吸短促，57%即刻昏迷即刻昏迷2.可釀成瓦斯燃燒事故可釀成瓦斯燃燒事故(16%存在火源存在火源)3.引起瓦斯爆炸事故引起瓦斯爆炸事故(5%-16%存在火源存在火源)4.產生煤與瓦斯突出事故產生煤與瓦斯突出事故5.污染環(huán)境污染環(huán)境p 1.1.2 礦井瓦斯的危害及用途礦井瓦斯的危害及用途用途：用途：1.用城鎮(zhèn)煤氣用城鎮(zhèn)煤氣2.用作鍋爐和窯爐燃料用作鍋爐和窯爐燃料3.瓦斯發(fā)電瓦斯發(fā)電4.作為機動車燃料作為機動車燃料5.用作化工原料和化工產品用作化工原料和化工產品1.2 礦井瓦斯的成因礦井瓦斯的成因 有機源氣體有機源氣體-腐植

5、有機物（高等植物）成煤過程。腐植有機物（高等植物）成煤過程。煤層瓦斯是腐植型有機物（植物）在成煤過程中生成的煤層瓦斯是腐植型有機物（植物）在成煤過程中生成的生物化學階段生物化學階段特點特點：埋藏淺，覆蓋層膠結不好，煤層保存氣體少：埋藏淺，覆蓋層膠結不好，煤層保存氣體少特點特點：1）炭化過程生成大量氣體。）炭化過程生成大量氣體。 2）覆蓋層增厚，生成氣體得以保存。但煤層瓦斯）覆蓋層增厚，生成氣體得以保存。但煤層瓦斯 含量遠小于生產量。含量遠小于生產量。1.2 礦井瓦斯的成因礦井瓦斯的成因煤化變質階段煤化變質階段煤層瓦斯主要成分：煤層瓦斯主要成分：chch4 4、coco2 2、n n2 2。 形

6、成原因形成原因：當煤層直達地表或直接為透氣性較好的：當煤層直達地表或直接為透氣性較好的第四系沖積層覆蓋時，由于煤層中瓦斯向上運移和地第四系沖積層覆蓋時，由于煤層中瓦斯向上運移和地面空氣向煤層中滲透，使煤層內的瓦斯呈現(xiàn)出垂直分面空氣向煤層中滲透，使煤層內的瓦斯呈現(xiàn)出垂直分帶特征。帶特征。瓦斯瓦斯空氣空氣-1000m-800m-600m-400m-200mco2-n2n2n2-ch4ch41.3 煤層瓦斯賦存的垂直分帶煤層瓦斯賦存的垂直分帶在瓦斯壓力在瓦斯壓力和濃度差下和濃度差下 四帶四帶： coco2 2- n- n2 2帶、帶、n n2 2帶、帶、n n2 2chch4 4帶、帶、chch4

7、4帶。現(xiàn)場實帶?，F(xiàn)場實際過程中，將前三帶總稱為際過程中，將前三帶總稱為瓦斯風化帶瓦斯風化帶。1.3 煤層瓦斯賦存的垂直分帶煤層瓦斯賦存的垂直分帶名稱名稱氣帶成因氣帶成因co2n2ch4（按體積）（按體積）%（按體積）（按體積）%（按體積）（按體積）%co2-n2空氣空氣生化成因生化成因20802080010n2空氣成因空氣成因02080100020n2-ch4變質成因變質成因02020802080ch4變質成因變質成因01002080100煤層垂向各帶氣體組份表煤層垂向各帶氣體組份表瓦斯賦存的垂直分帶性劃分的意義？瓦斯賦存的垂直分帶性劃分的意義？ 掌握本煤田煤層瓦斯垂直分帶的特征，是搞好礦井瓦

8、掌握本煤田煤層瓦斯垂直分帶的特征，是搞好礦井瓦斯涌出量預測和日常瓦斯管理工作的基礎。斯涌出量預測和日常瓦斯管理工作的基礎。規(guī)律規(guī)律： 瓦斯風化帶內涌出量與深度之間無規(guī)律性。瓦斯風化帶內涌出量與深度之間無規(guī)律性。 瓦斯風化帶內，無突出危險性。瓦斯風化帶內，無突出危險性。 在在ch4ch4帶內，帶內，tmqch/3234hxch4hqch41.3 煤層瓦斯賦存的垂直分帶煤層瓦斯賦存的垂直分帶瓦斯風化帶瓦斯風化帶下部邊界確定下部邊界確定煤層內的瓦斯壓力為煤層內的瓦斯壓力為0.10.15mpa在瓦斯風化帶開采煤層時，煤層的相對在瓦斯風化帶開采煤層時，煤層的相對瓦斯涌出量達到瓦斯涌出量達到2m3/t煤的

9、瓦斯含量達到煤的瓦斯含量達到23 m3/t（煙煤）（煙煤）和和57 m3/t（無煙煤）（無煙煤）煤層內的瓦斯組分中甲烷組分含量達到煤層內的瓦斯組分中甲烷組分含量達到80%（體積比）（體積比）p 瓦斯風化帶下部邊界的確定瓦斯風化帶下部邊界的確定1.3 煤層瓦斯賦存的垂直分帶煤層瓦斯賦存的垂直分帶p影響瓦斯風化帶的深度的因素：影響瓦斯風化帶的深度的因素：v含煤地層排放瓦斯時間越長，瓦斯風化帶越探；含煤地層排放瓦斯時間越長，瓦斯風化帶越探；v地質錯動程度越高，煤層排放瓦斯的不均勻性和排放地質錯動程度越高，煤層排放瓦斯的不均勻性和排放深度就越大；深度就越大；v剝蝕過程使含煤地層無瓦斯風化的范圍減小或局

10、部消剝蝕過程使含煤地層無瓦斯風化的范圍減小或局部消失失v煤層之上的覆蓋層阻礙瓦斯風化帶的進一步擴大煤層之上的覆蓋層阻礙瓦斯風化帶的進一步擴大1.3 煤層瓦斯賦存的垂直分帶煤層瓦斯賦存的垂直分帶p 煤的孔隙特征煤的孔隙特征 煤是一種復雜的孔隙性介質，有著十分發(fā)達的各種煤是一種復雜的孔隙性介質，有著十分發(fā)達的各種不同直徑的孔隙和裂隙。形成龐大的自由空間和表面。不同直徑的孔隙和裂隙。形成龐大的自由空間和表面。 煤是一種孔隙煤是一種孔隙-裂隙性介質，它決定煤裂隙性介質，它決定煤-ch-ch4 4體系體系的許多特性。的許多特性。 集氣性集氣性-ch4-ch4的存在形態(tài)、含量的存在形態(tài)、含量; ; 滲透性

11、滲透性-流態(tài)、流出形式、涌出量；流態(tài)、流出形式、涌出量； 力學特性力學特性-強度、彈性、脆性。強度、彈性、脆性。1.4 煤的特征煤的特征煤中孔隙分類煤中孔隙分類微孔：直徑微孔：直徑 10-5mm小孔：直徑小孔：直徑 10-510-4mm中孔：直徑中孔：直徑 10-410-3mm大孔：直徑大孔：直徑 10-310-1mm可見孔及裂隙：直徑可見孔及裂隙：直徑 10-1mm 為了研究瓦斯在煤層中的賦存與流動，將煤中孔隙分類如下：為了研究瓦斯在煤層中的賦存與流動，將煤中孔隙分類如下： 煤中的微孔煤中的微孔 80% 80%瓦斯的存在形態(tài)瓦斯的存在形態(tài)p 煤的孔隙特征煤的孔隙特征吸附和吸收吸附和吸收吸收和

12、吸收和游離游離表面吸附和游離表面吸附和游離游離游離 孔隙率（孔隙率（f f） - - 單位體積固體具有的孔隙容積。單位體積固體具有的孔隙容積。表示式：表示式： f -f -孔隙率，孔隙率，% %； v-v-固體（含孔隙）的體積，固體（含孔隙）的體積，cm3； v0-實體（不含孔隙）的體積，實體（不含孔隙）的體積，cm3。假設假設 m-m-固體質量，固體質量，g;g; - -固體假密度，固體假密度，g/cmg/cm3 3; ; o o-固體真密度，固體真密度，g/cmg/cm3 3; ;則有：則有：1000vvvf%100)1 (100)11(100000mmmfp 孔隙特性的參數孔隙特性的參數

13、 通過實驗確定。或利用經驗公式計算。通過實驗確定。或利用經驗公式計算。當當 孔容（比孔容）孔容（比孔容）-f-f - -單位質量固體具有的孔隙容積。單位質量固體具有的孔隙容積。表示式：表示式：同上，可推得：同上，可推得： 所以：所以：0、%20dadrav0065. 0)(53. 106. 0%20dadrav0065. 0005. 042. 1drravv01. 0665. 0778. 00mvvf0cm3/g011f ff 比表面比表面 -固體單位質量或單位體積具有的孔隙總表面積。固體單位質量或單位體積具有的孔隙總表面積。 孔隙結構孔隙結構 -各類孔隙在總孔隙中所占百分比。各類孔隙在總孔隙

14、中所占百分比。 微孔所占比例大，且比表面積也大。微孔所占比例大，且比表面積也大。分類分類孔隙體積百分比孔隙體積百分比/%孔隙表面積百分比孔隙表面積百分比/%微微孔微微孔12.562.2微孔微孔42.235.1小孔小孔28.12.5中孔中孔17.20.2 各類煤巖的孔隙率差別很大，不同的煤需具體測定。各類煤巖的孔隙率差別很大，不同的煤需具體測定。礦礦 井井揮發(fā)份揮發(fā)份/%孔隙率孔隙率/%撫順老虎臺礦撫順老虎臺礦45.7614.05鶴崗大陸鶴崗大陸31.8610.6開灤馬家溝開灤馬家溝12煤煤26.86.59本溪田師付本溪田師付8煤煤13.716.7陽泉三礦陽泉三礦3 煤煤6.6614.1焦作王封

15、大煤焦作王封大煤5.8218.5我國一些礦井煤的孔隙率我國一些礦井煤的孔隙率p 煤巖孔隙的基本特點煤巖孔隙的基本特點 煤的孔隙率與碳化程度的關系煤的孔隙率與碳化程度的關系v長焰煤開始長焰煤開始v vr r f f 到焦瘦煤達到最小到焦瘦煤達到最小 ；而后而后 v vr r f f 到無煙煤達到最大。到無煙煤達到最大。但微孔，則但微孔，則 v vr r 而始終而始終vr/%f /%焦煤焦煤 瘦煤瘦煤長長無無 煤的孔隙率與煤的破壞程度的關系煤的孔隙率與煤的破壞程度的關系未受構造應力破壞的煤未受構造應力破壞的煤 微孔達微孔達 80% 80% 90%90%，大孔很少，無外生裂隙。煤，大孔很少，無外生裂

16、隙。煤層瓦斯含量大，但瓦斯涌出量不大，涌出速度慢，涌層瓦斯含量大，但瓦斯涌出量不大，涌出速度慢，涌出時間長。出時間長。破壞型煤破壞型煤 各種孔均存在，隨著煤的破壞程度增大而增加。各種孔均存在，隨著煤的破壞程度增大而增加。游離瓦斯含量高，易涌出，衰減快，可能發(fā)生突出。游離瓦斯含量高，易涌出，衰減快，可能發(fā)生突出。構造煤構造煤 在地應力作用下，煤破碎成在地應力作用下，煤破碎成0.1mm0.1mm的煤粒，再被的煤粒，再被壓成煤磚狀。壓成煤磚狀。 各類孔均存在，瓦斯含量高，卸壓后，各類孔均存在，瓦斯含量高，卸壓后，f f ，瓦，瓦斯涌出量斯涌出量 ，易突出。，易突出?？紫堵逝c外加壓力（地應力）關系孔隙

17、率與外加壓力（地應力）關系式中：式中：f-f-受壓狀態(tài)下的孔隙率；受壓狀態(tài)下的孔隙率； f0-未受壓狀態(tài)孔隙率；未受壓狀態(tài)孔隙率； -壓應力；壓應力； -壓縮系數。壓縮系數。 一般地，微孔不壓縮。一般地，微孔不壓縮。exp: 17mpaexp: 17mpa時，時，f f 減少減少20%20%，因為微孔不變，大中孔減少因為微孔不變，大中孔減少40 40 50%50%備注：備注：（1 1）h f h f （2 2）卸壓后（受采動影響）卸壓后（受采動影響） f f （3 3）對煤的吸附性影響很小。對煤的吸附性影響很小。)exp(0ff f吸附瓦斯吸附瓦斯 游離瓦斯游離瓦斯吸收狀態(tài)吸收狀態(tài)吸著狀態(tài)吸著

18、狀態(tài)p 煤層的吸附性煤層的吸附性類似于溶質溶解于溶劑中類似于溶質溶解于溶劑中瓦斯在煤層瓦斯在煤層中賦存狀態(tài)中賦存狀態(tài)a）物理吸附）物理吸附特點特點：、作用力為范德華力，作用距離極?。?、作用力為范德華力，作用距離極?。?/r7）,僅僅限于界面附近；限于界面附近； 、可逆的、可逆的-不穩(wěn)定的動平衡。不穩(wěn)定的動平衡。 、吸附是一種放熱反應，解吸，吸熱。、吸附是一種放熱反應，解吸，吸熱。 如：煤如：煤-ch4，吸附熱：，吸附熱：0.51.2 kj/molb）化學吸附）化學吸附 作用力為離子鍵，不可逆。作用力為離子鍵，不可逆。p or tp or t吸吸附附u 吸附作用力分類吸附作用力分類p 瓦斯吸附與

19、解吸瓦斯吸附與解吸(1) 吸附瓦斯與游離瓦斯處于動平衡狀態(tài)；吸附瓦斯與游離瓦斯處于動平衡狀態(tài)；(2) 外界壓力、溫度變化，原平衡破壞；外界壓力、溫度變化，原平衡破壞；(3) 這種瓦斯由吸附狀態(tài)轉化為游離狀態(tài)的現(xiàn)象，稱為解吸；這種瓦斯由吸附狀態(tài)轉化為游離狀態(tài)的現(xiàn)象，稱為解吸；(4) 吸附態(tài)瓦斯無內能，游離態(tài)分子熱運動具有內能；吸附態(tài)瓦斯無內能，游離態(tài)分子熱運動具有內能；(5) 煤的解吸瓦斯量：瓦斯壓力從平衡狀態(tài)下過渡到正常標準煤的解吸瓦斯量：瓦斯壓力從平衡狀態(tài)下過渡到正常標準大氣壓下，煤體釋放的瓦斯量大氣壓下，煤體釋放的瓦斯量。v瓦斯的另一種存在形式，瓦斯水化物晶體。即瓦斯和瓦斯的另一種存在形式

20、，瓦斯水化物晶體。即瓦斯和水所形成的類冰狀固態(tài)化合物。水所形成的類冰狀固態(tài)化合物。v存在于海底或陸地凍土帶內的瓦斯水化物，習慣被稱存在于海底或陸地凍土帶內的瓦斯水化物，習慣被稱為天然氣水化物，白色，形似冰雪，可以像酒精一樣為天然氣水化物，白色，形似冰雪，可以像酒精一樣直接被點燃。直接被點燃。 瓦斯固溶態(tài)（瓦斯水化物）瓦斯固溶態(tài)（瓦斯水化物）v據新華社報道，據新華社報道，2007-6-172007-6-17，我國在南海北部成功鉆獲的我國在南海北部成功鉆獲的天然氣水化物實物樣品天然氣水化物實物樣品“可可燃冰燃冰”在廣州亮相。在廣州亮相。難以尋找難以尋找吸附量決定于吸附量決定于： 吸附質性質（不同氣

21、體）；吸附質性質（不同氣體）； 吸附劑性質；吸附劑性質； 吸附溫度；吸附溫度； 吸附壓力。吸附壓力。(1) 吸附線吸附線 - - 吸附劑和吸附質，在一定溫度（吸附劑和吸附質，在一定溫度（t t）或一定）或一定壓力壓力(p)(p)下，吸附量與下，吸附量與 p p 或或 t t 之間的關系曲線。之間的關系曲線。pxt=const等溫吸附線等溫吸附線txp=const等壓吸附線等壓吸附線p 吸附線和吸附方程吸附線和吸附方程(2) 吸附方程吸附方程a）langmuir方程（方程（1916年）年） 理論計算式：理論計算式：式中：式中：x-給定溫度下的吸附量，給定溫度下的吸附量，m3/t； a-吸附常數，

22、極限吸附量，吸附常數，極限吸附量，m3/t； b-吸附常數，吸附常數，mpa-1; p-吸附平衡時的氣體壓力，吸附平衡時的氣體壓力，mpa。 a、b通過實驗室測定得出。通過實驗室測定得出。實際算式：實際算式：其中：其中：bpabpx1bpabpkx1100100)(exp(31. 0110wattnwkb) b) 弗洛德里希方程（弗洛德里希方程（19061906）- -適用于吸附中壓部分適用于吸附中壓部分 式中：式中：k k、n-n-系數；系數； p-p-氣體壓力。氣體壓力。c c）都必林方程）都必林方程式中：式中：a a0 0-極限吸附瓦斯量，極限吸附瓦斯量，cm/gcm/g； e-e-吸附

23、能，吸附能，j/molj/mol； p p0 0-極限吸附時的氣體壓力極限吸附時的氣體壓力,mpa,mpa； p-p-吸附壓力吸附壓力,mpa,mpa； t-t-吸附溫度；吸附溫度； n-n-吸附結構系數。吸附結構系數。nkpx/1nepptax)/ln(574. 4exp00(1) 瓦斯壓力瓦斯壓力 t=const , p x(2) 溫度溫度 p = const t x 溫度每升高溫度每升高1，吸附瓦斯的能力降低約，吸附瓦斯的能力降低約8%。(3) 瓦斯的性質瓦斯的性質 對于特定的煤，在對于特定的煤，在t、p一定時，一定時， co2的吸附量的吸附量 ch4的吸附量的吸附量 n2的吸附量的吸附

24、量 (4) 煤的變質程度煤的變質程度 變質程度反映了煤的表面積與化學組成。變質程度反映了煤的表面積與化學組成。 變質程度越高（變質程度越高（vr ） x6）影響煤與瓦斯吸附量的主要因素）影響煤與瓦斯吸附量的主要因素(5) 煤中的水份煤中的水份 水份的增加使煤的吸附能力降低。水份的增加使煤的吸附能力降低。 艾琴格爾經驗式：艾琴格爾經驗式：式中：式中：xch-含有水份時瓦斯吸附量；含有水份時瓦斯吸附量； xg-不含有水份時瓦斯吸附量；不含有水份時瓦斯吸附量； w-水份含量。水份含量。(6) 煤中的灰份（煤中的灰份（ac） 灰份不吸附瓦斯，我國習慣于用可燃基作單位?；曳莶晃酵咚?，我國習慣于用可燃基

25、作單位。wxxgch31. 0111001000waxx模塊二：瓦斯壓力和瓦斯含量及測定模塊二：瓦斯壓力和瓦斯含量及測定2.1 煤層瓦斯壓力及測定方法煤層瓦斯壓力及測定方法2.1.1 有關煤層瓦斯壓力的幾個概念有關煤層瓦斯壓力的幾個概念p 瓦斯壓力瓦斯壓力p 煤層原始瓦斯壓力煤層原始瓦斯壓力p 煤層殘存瓦斯壓力煤層殘存瓦斯壓力瓦斯壓力瓦斯壓力 -煤層孔隙或裂隙內氣體分子自由運動撞擊所產生的作用力，煤層孔隙或裂隙內氣體分子自由運動撞擊所產生的作用力，它在某一點上各向大小相等，方向與孔隙壁壘垂直。它在某一點上各向大小相等，方向與孔隙壁壘垂直。 是決定是決定煤層瓦斯含量煤層瓦斯含量、瓦斯流動動力高低

26、瓦斯流動動力高低以及以及瓦斯動力現(xiàn)瓦斯動力現(xiàn)象象的基本參數。的基本參數。煤層原始瓦斯壓力煤層原始瓦斯壓力 當煤層未受采動影響而處于原始賦存狀態(tài)時，煤中平衡瓦斯當煤層未受采動影響而處于原始賦存狀態(tài)時，煤中平衡瓦斯壓力稱之為煤層原始瓦斯壓力，其物理單位為壓力稱之為煤層原始瓦斯壓力，其物理單位為mpampa。煤層殘存瓦斯壓力煤層殘存瓦斯壓力 當煤層受采動影響涌出一部分瓦斯后，此時煤層中殘留瓦當煤層受采動影響涌出一部分瓦斯后，此時煤層中殘留瓦斯的壓力大小稱之為煤層殘存瓦斯壓力，單位為斯的壓力大小稱之為煤層殘存瓦斯壓力，單位為mpampa。煤層的殘。煤層的殘存瓦斯壓力總小于原始瓦斯壓力。存瓦斯壓力總小于

27、原始瓦斯壓力。2.1.1 有關煤層瓦斯壓力的幾個概念有關煤層瓦斯壓力的幾個概念2.1.2 煤層瓦斯壓力分布的一般規(guī)律煤層瓦斯壓力分布的一般規(guī)律p沿深度沿深度( (沿煤層傾向沿煤層傾向) ) 未受采動影響的煤層內的瓦斯壓未受采動影響的煤層內的瓦斯壓力，隨深度的增加而有規(guī)律地增加力，隨深度的增加而有規(guī)律地增加存在：存在：nhhpp)()(12121）在未受采動影響煤層內）在未受采動影響煤層內n- 系數常取系數常取1。故存在：故存在：gp-煤層瓦斯壓力梯度，煤層瓦斯壓力梯度，mpa/m1212hhppgp（h1,p1）(h2,p2)(h,p)h(m)p(mpa)2.1.2 煤層瓦斯壓力分布的一般規(guī)律

28、煤層瓦斯壓力分布的一般規(guī)律根據瓦斯壓力梯度可以預測深部煤層瓦斯壓力。根據瓦斯壓力梯度可以預測深部煤層瓦斯壓力。預測計算式：預測計算式：式中：式中： p預測的甲烷帶內深預測的甲烷帶內深h(m)處的瓦斯壓力，處的瓦斯壓力，mpa gp瓦斯壓力梯度，瓦斯壓力梯度，mpa/m特例特例：式中：式中：p0-甲烷帶上部邊界處瓦斯壓力，取甲烷帶上部邊界處瓦斯壓力，取0.2mpa 。 h0-甲烷帶上部邊界深度，甲烷帶上部邊界深度，m。 舉例：舉例：某礦瓦斯風化帶深度為某礦瓦斯風化帶深度為100m，在，在200m處測得處測得煤層瓦斯壓力為煤層瓦斯壓力為0.5mpa，預測，預測300m處煤層瓦斯壓力處煤層瓦斯壓力。

29、11)(phhgpp00)(phhgppp沿走向沿走向 在地質條件相近的塊段內，相同深度的同一煤層，具在地質條件相近的塊段內，相同深度的同一煤層，具有大體相同的瓦斯壓力。有大體相同的瓦斯壓力。條件：條件： a a）孔隙、裂隙互相連通，形成一個統(tǒng)一的體系；）孔隙、裂隙互相連通，形成一個統(tǒng)一的體系； b b）等量的瓦斯處于）等量的瓦斯處于孔隙容積相同孔隙容積相同的不同體系內。的不同體系內。 c c）不等量的瓦斯處于）不等量的瓦斯處于孔隙容積按同比例孔隙容積按同比例的不同體系內的不同體系內 實際上，只能實際上，只能“大體相同大體相同”，而且可能差別。，而且可能差別。2.1.2 煤層瓦斯壓力分布的一般

30、規(guī)律煤層瓦斯壓力分布的一般規(guī)律2）采動影響煤層）采動影響煤層 孔隙、含量發(fā)生變化，所以瓦斯壓力發(fā)生變化，十分孔隙、含量發(fā)生變化，所以瓦斯壓力發(fā)生變化，十分復雜，一般隨深度增加瓦斯壓力逐漸增大。復雜，一般隨深度增加瓦斯壓力逐漸增大。2.1.2 煤層瓦斯壓力的測定煤層瓦斯壓力的測定p 瓦斯壓力測定步驟：瓦斯壓力測定步驟：打孔打孔- -封孔封孔- -測壓測壓u打孔打孔 要求：要求：測定地點無大裂隙，不位于破壞帶，含水小。測定地點無大裂隙，不位于破壞帶，含水小。 注意：注意：鉆孔到位后，用壓氣清渣鉆孔到位后，用壓氣清渣1 1）直接測定法）直接測定法v被動測壓法被動測壓法v主動測壓法主動測壓法上行孔上行

31、孔下行孔下行孔水平孔水平孔v固體材料封孔（固體材料封孔（19801980年以前）年以前）一般采黃泥作為固體材料一般采黃泥作為固體材料2.1.2 煤層瓦斯壓力的測定煤層瓦斯壓力的測定木楔木楔導氣管（導氣管（1520m紫銅管或鐵管紫銅管或鐵管）5m0.4m0.2m水泥水泥固體材料擋盤擋盤導氣孔導氣孔測壓室測壓室p 注意事項注意事項（1 1）測壓空間盡可能小；）測壓空間盡可能?。唬? 2）鉆孔打完后，立即封孔，尤其是低透氣性煤層；）鉆孔打完后，立即封孔，尤其是低透氣性煤層；（3 3）防止漏氣；）防止漏氣；（4 4）足夠長的觀察時間；）足夠長的觀察時間；（5 5）防止地下水的影響，盡可能不穿含水層，必

32、須穿過）防止地下水的影響，盡可能不穿含水層，必須穿過含水層時，封孔應超過含水層。含水層時，封孔應超過含水層。2.1.2 煤層瓦斯壓力的測定煤層瓦斯壓力的測定2.2.1 有關煤層瓦斯含量的幾個概念有關煤層瓦斯含量的幾個概念p瓦斯含量瓦斯含量p煤層原始瓦斯含量煤層原始瓦斯含量p煤層殘存瓦斯含量煤層殘存瓦斯含量2.2 煤層瓦斯含量及測定方法煤層瓦斯含量及測定方法瓦斯含量：瓦斯含量： 單位質量或體積的煤中含有的瓦斯量。單位質量或體積的煤中含有的瓦斯量。m3/m3，m3/t煤層原始瓦斯含量：煤層原始瓦斯含量： 當煤層未受采動影響而處于原始賦存狀態(tài)時，單位重當煤層未受采動影響而處于原始賦存狀態(tài)時，單位重量

33、煤中所含有的換算成標準狀態(tài)下（量煤中所含有的換算成標準狀態(tài)下（0，0.1mpa）的瓦）的瓦斯體積稱之為煤層原始瓦斯含量，它常用斯體積稱之為煤層原始瓦斯含量，它常用m3/t和和cm3/g作作計量單位。計量單位。煤層殘存瓦斯含量：煤層殘存瓦斯含量： 當煤層受采動影響而涌出一部分瓦斯后，單位重量煤當煤層受采動影響而涌出一部分瓦斯后，單位重量煤中所含有的換算成標準狀態(tài)下的瓦斯體積稱之為煤層殘中所含有的換算成標準狀態(tài)下的瓦斯體積稱之為煤層殘存瓦斯含量。存瓦斯含量。2.2.1 有關煤層瓦斯含量的幾個概念有關煤層瓦斯含量的幾個概念2.2.2 煤層瓦斯含量測定煤層瓦斯含量測定1 1）直接測定法）直接測定法勘探

34、鉆孔煤芯解吸法勘探鉆孔煤芯解吸法2.2.2 煤層瓦斯含量測定煤層瓦斯含量測定2.2.2 煤層瓦斯含量測定煤層瓦斯含量測定2.2.2 煤層瓦斯含量測定煤層瓦斯含量測定2.2.2 煤層瓦斯含量測定煤層瓦斯含量測定0.02()0.993 0.07110011 0.31100sttpabpa wxebpwtpvptvxg000)(11 . 000ttmpap2 2）間接測定計算法）間接測定計算法p 游離態(tài)瓦斯游離態(tài)瓦斯粗略計算，假設：粗略計算，假設：pvxg10式中：式中：p-煤層瓦斯壓力，煤層瓦斯壓力，mpa； v-煤的孔容。煤的孔容。則：則：p 吸附態(tài)瓦斯吸附態(tài)瓦斯p 煤層瓦斯含量煤層瓦斯含量x

35、= xg + x m3/t（馬略特定律（馬略特定律+ +朗格繆爾方程）朗格繆爾方程）2.2.2 煤層瓦斯含量測定煤層瓦斯含量測定2.2.2 煤層瓦斯含量測定煤層瓦斯含量測定中國礦業(yè)大學周世寧提出：中國礦業(yè)大學周世寧提出： 式中：式中：x 煤層瓦斯含量，煤層瓦斯含量，m3/t； p 煤層瓦斯壓力，煤層瓦斯壓力，mpa； 煤的瓦斯含量系數，煤的瓦斯含量系數， m3/(m3.mpa1/2)2 2）間接測定計算法）間接測定計算法（含量系數法）（含量系數法）px2.2.2 煤層瓦斯含量測定煤層瓦斯含量測定2.2.3 影響煤層瓦斯含量的因素影響煤層瓦斯含量的因素 煤層瓦斯含量主要取決于：煤層瓦斯含量主要取

36、決于：瓦斯生成量；瓦斯生成量；瓦斯向煤層運移條件；瓦斯向煤層運移條件；煤層貯存瓦斯的性能。煤層貯存瓦斯的性能。影響因素影響因素地質構造地質構造水文地質水文地質條件條件煤層變質煤層變質程度程度煤層賦存煤層賦存條件條件煤層圍巖煤層圍巖性質性質p煤的變質程度煤的變質程度 在煤化作用過程中，不在煤化作用過程中，不斷地產生瓦斯，煤化程度越斷地產生瓦斯，煤化程度越高，生成的瓦斯量越多。因高，生成的瓦斯量越多。因此，在其它因素相同的條件此，在其它因素相同的條件下，下，煤的變質程度越高，煤煤的變質程度越高，煤層瓦斯含量越大層瓦斯含量越大。 煤的變質程度不僅影響煤的變質程度不僅影響瓦斯的生成量，還在很大程瓦斯的

37、生成量，還在很大程度上決定著煤對瓦斯的吸附度上決定著煤對瓦斯的吸附能力。能力。2.2.3 影響煤層瓦斯含量的因素影響煤層瓦斯含量的因素p煤層的賦存條件煤層的賦存條件（1 1）露頭）露頭 成煤的地質年代中，若有露頭長時間與大氣相通，瓦成煤的地質年代中，若有露頭長時間與大氣相通，瓦斯沿煤層流動，煤層瓦斯往往沿煤層露頭排放，瓦斯含斯沿煤層流動，煤層瓦斯往往沿煤層露頭排放，瓦斯含量大為減少。量大為減少。（2 2）煤層傾角）煤層傾角 煤層傾角愈大，煤層瓦斯含量愈低。煤層傾角愈大，煤層瓦斯含量愈低。exp:芙蓉礦，北翼：芙蓉礦，北翼：40 80 , 南翼：南翼：6 12 ，2.2.3 影響煤層瓦斯含量的因

38、素影響煤層瓦斯含量的因素平行垂直kktmqch/2034tmqch/15034（3 3）埋藏深度）埋藏深度 在瓦斯風化帶以下，煤層瓦斯含量、瓦斯壓力和瓦斯在瓦斯風化帶以下，煤層瓦斯含量、瓦斯壓力和瓦斯涌出量都與深度的增加有一定的比例關系。涌出量都與深度的增加有一定的比例關系。 一般情況下，煤層中的瓦斯壓力隨著埋藏深度的增加一般情況下，煤層中的瓦斯壓力隨著埋藏深度的增加而增大。隨著瓦斯壓力的增加，煤與巖石中游離瓦斯量所而增大。隨著瓦斯壓力的增加，煤與巖石中游離瓦斯量所占的比例增大，同時煤中的吸附瓦斯逐漸趨于飽和。因此占的比例增大，同時煤中的吸附瓦斯逐漸趨于飽和。因此從理論上分析，從理論上分析，在

39、一定深度范圍內，煤層瓦斯含量亦隨埋在一定深度范圍內，煤層瓦斯含量亦隨埋藏深度的增大而增加。但是如果埋藏深度繼續(xù)增大，瓦斯藏深度的增大而增加。但是如果埋藏深度繼續(xù)增大，瓦斯含量增加的速度將要減慢。含量增加的速度將要減慢。下表是前蘇聯(lián)學者黎金作的一下表是前蘇聯(lián)學者黎金作的一個計算實例。個計算實例。2.2.3 影響煤層瓦斯含量的因素影響煤層瓦斯含量的因素2.2.3 影響煤層瓦斯含量的因素影響煤層瓦斯含量的因素2.2.3 影響煤層瓦斯含量的因素影響煤層瓦斯含量的因素p煤層圍巖性質煤層圍巖性質 煤層圍巖煤層圍巖是指煤層直接頂、老頂和直接底板等在內的是指煤層直接頂、老頂和直接底板等在內的一定厚度范圍的層段

40、。煤層圍巖對瓦斯賦存的影響，決定一定厚度范圍的層段。煤層圍巖對瓦斯賦存的影響，決定于它的隔氣、透氣性能。于它的隔氣、透氣性能。 當煤層頂板巖性為致密完整的巖石，如頁巖、油母頁當煤層頂板巖性為致密完整的巖石，如頁巖、油母頁巖時，煤層中的瓦斯容易被保存下來；巖時，煤層中的瓦斯容易被保存下來； 頂板為多孔隙或脆性裂隙發(fā)育的巖石，如礫巖、砂巖頂板為多孔隙或脆性裂隙發(fā)育的巖石，如礫巖、砂巖時，瓦斯容易逸散。時，瓦斯容易逸散。 exp:exp:北京京西煤礦，不論是下侏羅統(tǒng)或是石炭二疊系北京京西煤礦，不論是下侏羅統(tǒng)或是石炭二疊系的煤層，盡管煤的牌號為無煙煤，由于煤層頂板為的煤層，盡管煤的牌號為無煙煤，由于煤

41、層頂板為121216m16m的厚層中粒砂巖，透氣性好，因此煤層瓦斯含量小，的厚層中粒砂巖，透氣性好，因此煤層瓦斯含量小，礦井瓦斯涌出量低。礦井瓦斯涌出量低。2.2.3 影響煤層瓦斯含量的因素影響煤層瓦斯含量的因素p 地質構造地質構造 - -是影響煤層瓦斯含量的主要因素之一。是影響煤層瓦斯含量的主要因素之一。 表現(xiàn)表現(xiàn)：一方面是造成了瓦斯分布的不均衡，另一方面：一方面是造成了瓦斯分布的不均衡，另一方面是形成了有利于瓦斯賦存或有利于瓦斯排放的條件。是形成了有利于瓦斯賦存或有利于瓦斯排放的條件。(1) (1) 褶皺構造褶皺構造 褶皺的類型、封閉情況和復雜程度，對瓦斯賦存均褶皺的類型、封閉情況和復雜程

42、度，對瓦斯賦存均有影響。有影響。 當煤層頂板巖石透氣性差，當煤層頂板巖石透氣性差，且未遭構造破壞時，且未遭構造破壞時，背斜有利背斜有利于瓦斯的儲存于瓦斯的儲存，是良好的儲氣，是良好的儲氣構造，背斜軸部的瓦斯會相對構造，背斜軸部的瓦斯會相對聚集，瓦斯含量增大。聚集，瓦斯含量增大。形成形成“氣頂氣頂”。2.2.3 影響煤層瓦斯含量的因素影響煤層瓦斯含量的因素 在向斜盆地構造的礦區(qū)，頂在向斜盆地構造的礦區(qū)，頂板封閉條件良好時，瓦斯沿垂直板封閉條件良好時，瓦斯沿垂直地層方向運移是比較困難的，大地層方向運移是比較困難的，大部分瓦斯僅能沿兩翼流向地表。部分瓦斯僅能沿兩翼流向地表。地質構造作用煤包、地地質構造作用煤包、地 壘、壘、地塹都為高瓦斯區(qū)。地塹都為高瓦斯區(qū)。（2 2）斷層）斷層 斷層破壞了煤層的連續(xù)完整性，使煤層瓦斯運移斷層破壞了煤層的連續(xù)完整性，使煤層瓦斯運移條件發(fā)生變化。有的斷層有利于瓦斯排放，也有的斷條件發(fā)生變化。有的斷層有利于瓦斯排放，也有的斷層對瓦斯排放起阻擋作用，成為逸散的屏障。前者稱層對瓦斯排放起阻擋作用，成為逸散的屏障。前者稱開放型斷層開放型斷層，后者稱，后者稱封閉型斷層